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      行業資訊

      RAP摻量對再生瀝青及再生瀝青混合料性能的影響

      發布時間:2018-03-15

      一、引言

      我國早期建設的道路大部分已經進入修補階段,由此產生了大量的廢舊路面材料。在“走可持續發展道路,發展循環經濟”的政策下,隨著人們對環保、社會效益的關注,以及技術的進步,瀝青路面再生利用技術越來越受到人們的重視。瀝青路面的再生利用,就是將舊瀝青路面經過一系列回收方法的處理后,按照一定的比例摻加新的瀝青,新的集料等,再重新拌和形成具有一定路用價值的瀝青混合料,然后應用于路面工程。瀝青路面再生與傳統的瀝青路面維修方式相比,能夠節約大量的瀝青、砂石等原材料,節省工程投資,同時有利于處理廢料、保護環境,因而具有顯著的經濟效益和社會、環境效益。汪托、郝培文等利用路面環境和經濟效應壽命周期評估工具PaLATE,通過熱拌瀝青設備提供的能耗數據,評價了使用RAP料的環境效益,認為生產30%的RAP僅需要生產新混合料84%的能耗和產生80%的CO2排放量。

       

      1915年,美國首先開始對瀝青路面再生利用技術進行研究。但直到1973年石油危機爆發后美國對這項技術才引起足夠的重視。目前,美國再生瀝青混合料的用量幾乎為全部路用瀝青混合料的一半,80%的廢棄瀝青混合料得到再生利用。對基層而言,RAP的允許用量為15%~100%,在美國約有27.1%的州允許使用50%的RAP,有22.9%的州對RAP的用量沒有限制。而磨耗層RAP的允許用量為0~100%,22.9%的州不允許使用RAP,16.6%的州對RAP的用量無限制。我國對瀝青路面再生技術的研究始于20世紀50年代。1983年建設部下達了“廢舊瀝青混合料再生利用”的研究項目。在3a的時間內鋪筑了30000m2以上的試驗路。2003年底,廣佛高速公路在大修期間采用了廠拌熱再生技術,并取得了不錯的效果。喬志勇等通過研究建議,廠拌熱再生RAP的摻量不宜超過50%,同時應采取相關措施(如再生劑),以提高再生瀝青混合料的低溫抗裂性能。

       

      瀝青結合料的性能對于再生瀝青混合料的性能具有至關重要的影響,然而,以往研究主要集中在對于RAP料對于再生瀝青混合料性能的影響,較少針對再生瀝青結合料性能進行研究。筆者通過室內試驗研究了不同摻量回收瀝青對再生瀝青結合料延度、針入度、軟化點、粘度的影響,大致確定回收瀝青的合理摻量,并在此基礎上設計了不同RAP材料摻量的再生瀝青混合料,進而對再生瀝青混合料高溫性能、低溫性能、水穩定性能和抗疲勞性能的影響,通過綜合比較分析,得出RAP材料的適宜摻量,為實際生產提供指導。


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      二、試驗原材料

      瀝青

      瀝青為江蘇地區常用的70#道路石油瀝青。

      回收瀝青通過室內對銑刨料進行抽提,然后采用旋轉蒸發器法對原路面老化瀝青進行回收獲得。將回收瀝青按不同比例摻加到70號道路石油瀝青中后進行試驗,回收瀝青的5種摻量為0~50%(回收瀝青占新舊瀝青總質量的百分比,依次間隔10%)。將70號道路石油瀝青與回收瀝青分別在上述比例下進行高溫攪拌融合,然后在140℃烘箱內高溫老化2h后進行相應的性能指標試驗,以模擬實際生產過程中的拌合、運輸以及攤鋪、碾壓過程。

       

       

      集料

      試驗所用集料為石灰巖石料。

      再生瀝青結合料性能

      為了研究回收瀝青對再生瀝青結合料性能的影響,采用針入度、延度、軟化點和粘度四個指標對不同回收瀝青摻量下的再生瀝青的性能進行研究。

       

      可以看出:隨著回收瀝青摻量的增加,混合后的瀝青的針入度和延度逐漸降低,軟化點和粘度逐漸增加。當回收瀝青摻量高于30%以后,混合后的再生瀝青針入度、延度值明顯下降,并且不能滿足70號道路石油瀝青的規范要求;而混合后的再生瀝青的軟化點和粘度顯著增加,可以滿足70號道路石油瀝青的規范要求。分析其原因,瀝青在使用中由于空氣、溫度和陽光的作用發生老化變質,其化學組成發生變化而使其膠體性質變差,進而變現為混合后的再生瀝青針入度降低、軟化點和粘度增高、延度減小。綜合混合后的再生瀝青性能,回收瀝青的摻量以不大于30%為宜。

       

      三、再生瀝青混合料性能

      為研究不同RAP材料比例摻量下的再生瀝青混合料的性能,以摻加30%RAP材料的AC—20型再生瀝青混合料級配為基準,對新舊材料以不同比例摻量的再生瀝青混合料的性能進行室內試驗。RAP材料的摻配比例分別為0%、10%、20%、30%、40%,50%,各種比例的混合料級配和總瀝青用量均基本相同?;旌狭系穆酚眯阅馨?高溫性能、低溫性能、抗水損害性能和疲勞性能,分別采用車轍試驗、低溫小梁彎曲試驗、凍融劈裂試驗和四點梁疲勞試驗進行評價。

       

      按設計級配確定的配合比為1#:2#:3#:4#:礦粉:銑刨料=27.0:18.0:11.0:13.0:1.0:30,油石比為4.5%。

       

       

      高溫性能

       

      按照規范要求,采用車轍試驗對不同RAP材料摻量的再生瀝青混合料的高溫性能進行測試。

       

      可以看出:隨著RAP材料摻量的增加,瀝青混合料的動穩定度逐漸增加,抗車轍性能逐漸提高,現行規范(JTGF40-2004)《公路瀝青路面施工技術規范》要求70號道路石油瀝青混合料的動穩定度不小于1000次/mm??梢钥闯?再生瀝青混合料的動穩定度滿足規范要求。當RAP材料摻量為30%時,瀝青混合料的動穩定度增加較為明顯,提高了68.3%,抗車轍性能明顯提高,這是由于RAP材料經過長時間的使用之后,已經老化變硬,而瀝青中瀝青質的存在也可改善瀝青的高溫性能,最終表現為混合料的抗車轍性能提高。

       

       

      低溫性能

      為研究再生瀝青混合料的低溫性能,試驗采用溫度為-10±0.5℃,加載速率為1mm/min,試件尺寸為長250±2.0mm,寬30±2.0mm,高35±2.0mm的棱柱體小梁,跨徑為200±0.5mm。

       

      可以看出:隨著RAP材料摻量的增加,瀝青混合料的破壞應變值逐漸降低,低溫性能逐漸變差,按照(JTGF40—2004)規范,道路石油瀝青混合料在冬冷區和冬溫區的破壞應變不宜低于2000με。從圖中可以看出,當RAP材料的摻量在30%以上時,瀝青混合料的低溫性能已不能滿足規范要求。這是由于老化后的RAP材料變硬變脆,在低溫時容易脆裂。從瀝青混合料的低溫性能角度考慮,RAP材料的摻量應小于30%。

       

      抗水損害性能

      研究采用室內凍融劈裂試驗對不同RAP材料摻量下再生瀝青混合料的抗水損害性能進行評價。

       

      可知:摻加10%的RAP材料后,瀝青混合料的殘留強度比下降幅度明顯,隨著RAP材料摻量的增加,其殘留強度比逐漸降低,抗水損害性能逐漸變差。按照(JTGF40—2004)規范的要求,凍融劈裂試驗的殘留強度比應不小于75%??梢钥闯?RAP材料摻量在40%以內時,再生瀝青混合料的殘留強度比能夠滿足現行的規范要求。

       

       

      抗疲勞性能

      研究采用4點梁疲勞試驗評價再生瀝青混合料的疲勞性能。疲勞試驗采用應變控制方式進行,試驗條件采用400με控制應變,頻率為10Hz,在15℃±1℃的溫度下進行,以小梁試件勁度模量下降至初始勁度模量的50%為疲勞破壞標準。其作用次數越大,則疲勞壽命越長,表明小梁試件抵抗疲勞破壞的能力越強。

       

      可知,隨著RAP材料摻量的增加,瀝青混合料的疲勞壽命逐漸減小,抗疲勞性能逐漸降低。當RAP材料為0%時,瀝青混合料的疲勞壽命約為摻加30%時的2倍。從瀝青混合料的抗疲勞性能角度考慮,RAP材料的摻量越少越好。

       

      四、結語

      再生瀝青結合料性能對于再生瀝青混合料性能具有決定性的影響。針對既有關于回收瀝青再生混合料性能研究忽視對再生瀝青性能研究的不足,按照相關規范,對再生瀝青結合料性能和再生瀝青混合料性能進行了室內試驗研究,得出各性能指標隨不同RAP料摻量的變化規律,與前人研究成果基本吻合。但是,通過研究再生瀝青結合料性能,使得在確定RAP料最佳摻量時得到了充分論證。綜合再生瀝青及再生瀝青混合料的性能,建議RAP材料的合理摻量為30%左右為宜。若想提高RAP材料的摻量,需要采用一定的改性措施,同時應兼顧經濟和環保效益。

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